(57)【要約】  ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末と、酸化物換算で３５重量％〜９０重量％のＢｉ2Ｏ3、２．５重量％〜２０重量％のＺｎＯ、１重量％〜２０重量％のＢ2Ｏ3、０．５重量％〜１５重量％のＳｉＯ2、０．５重量％〜１５重量％のアルカリ金属酸化物及び０．１重量％〜３５重量％のアルカリ土類金属酸化物を含有するガラス粉末とを含む誘電体セラミック形成用組成物であって、該ガラス粉末が、該誘電体セラミック形成用組成物に対して１重量％〜１５重量％配合されていることを特徴とする誘電体セラミック形成用組成物であり、従来よりも更に低温焼成可能で、且つ高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料とすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末と、酸化物換算で３５重量％〜９０重量％のＢｉ2Ｏ3、２．５重量％〜２０重量％のＺｎＯ、１重量％〜２０重量％のＢ2Ｏ3、０．５重量％〜１５重量％のＳｉＯ2、０．５重量％〜１５重量％のアルカリ金属酸化物及び０．１重量％〜３５重量％のアルカリ土類金属酸化物を含有するガラス粉末とを含む誘電体セラミック形成用組成物であって、該ガラス粉末が、該誘電体セラミック形成用組成物に対して１重量％〜１５重量％配合されていることを特徴とする誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項２】
前記ペロブスカイト（ＡＢＯ３）系セラミック原料粉末の平均粒径が、０．１μｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項３】
前記ペロブスカイト（ＡＢＯ３）系セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積が、１．０ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項４】
前記ガラス粉末が、酸化物換算で０．１重量％〜５重量％のＣｕＯを更に含有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項５】
前記ガラス粉末が、Ｂｉ2Ｏ3及びＺｎＯを成分として含有する第１のガラス粉末と、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を成分として含有する第２のガラス粉末との混合物であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項６】
前記第２のガラス粉末が、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ及びＣａＯを成分として含有することを特徴とする請求項５に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項７】
前記第１のガラス粉末と前記第２のガラス粉末との重量比が、２０：１〜１：１の範囲であることを特徴とする請求項５又は６に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項８】
前記ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末のＡサイト元素がＢａ、Ｃａ及びＳｒからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、且つＢサイト元素がＴｉ及びＺｒからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項９】
前記ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末が、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項１０】
Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる希土類元素、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも１種の副成分元素を含有する副成分元素含有化合物粉末を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック形成用組成物。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の誘電体セラミック形成用組成物を焼成して得られることを特徴とする誘電体セラミック材料。
【請求項１２】
前記焼成は１０００℃以下で行われることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体セラミック材料。
【請求項１３】
周波数１ｋＨｚにおける比誘電率が５００以上であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の誘電体セラミック材料。
【請求項１４】
周波数１ｋＨｚにおける誘電損失が５％以下であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の誘電体セラミック材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温焼結が可能な誘電体セラミック形成用組成物及びこれを焼成して得られる誘電体セラミック材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ペロブスカイト型セラミックは、積層コンデンサ等の誘電材料、圧電材料、半導体等の電子材料として用いられている。代表的なペロブスカイト型セラミックとしては、チタン酸バリウムがよく知られている。
近年、電子部品の小型化に対する要求が高まっており、それに伴い、電子部品を構成する誘電体セラミック焼結体層の薄層化が進んでいる。焼結体層の厚みを薄くするには、誘電体セラミック焼結体層中の結晶粒子の粒径を小さくすることが必要となる。通常、高温で焼結すると結晶粒子が成長してしまう。このため、チタン酸バリウム等の原料粉末には低温で焼結可能であることが強く要求される。【０００３】
従来、チタン酸バリウム粉末の製造方法として、酸化チタン粉末と炭酸バリウム粉末との均一混合物を１３００℃以上の高温に加熱して固相反応させる固相法が知られている。しかしながら、固相法では、均一な微粒子が得られにくく、また低温で焼結し難いという欠点がある。一方、湿式法は、固相法に比べ、均一な微粒子が得られ易く、しかも得られたチタン酸バリウム粉末は低温焼結し易いという特性を有しているため、低温焼結用チタン酸バリウム粉末の製造方法として期待されている。このような湿式法としては、具体的には、（１）水溶液中で、ＴｉＣｌ4、ＢａＣｌ2及びシュウ酸を反応させてＢａＴｉＯ(Ｃ2Ｏ4)2・４Ｈ2Ｏの沈殿を生成させた後、生成した沈殿を熱分解するシュウ酸塩法、（２）水酸化バリウムと水酸化チタンとの混合物を水熱処理し、得られた反応物を仮焼する水熱合成法、（３）バリウムアルコキシドとチタンアルコキシドとの混合アルコキシド溶液を加水分解し、得られた加水分解物を仮焼するアルコキシド法、（４）水酸化バリウム水溶液中におけるチタンアルコキシドの加水分解により得られた反応物を仮焼する常圧加熱反応等が提案されている。【０００４】
しかしながら、これらの湿式法により得られたチタン酸バリウム粉末は、固相法により得られる粉末よりは焼結温度を多少低くすることができるものの、焼結温度は１２００℃以上の高温であり、これ以上の低温焼結化は難しいという問題があった。
そのため、更に低温焼成可能なペロブスカイト型セラミックを得る方法が種々提案されている。例えば、９５重量％〜９９．０重量％のチタン酸バリウム及び１．０重量％〜５．０重量％のフッ化リチウムを含有するもの（例えば、特許文献１を参照）、チタン酸バリウムに副成分としてアルカリ金属成分と、ニオブ成分、アルカリ土類金属成分、ビスマス成分、亜鉛成分、銅成分、ジルコニウム成分、ケイ素成分、ホウ素成分及びコバルト成分の少なくとも１種とを含有させたもの（例えば、特許文献２を参照）、平均粒径が０．０１〜０．５μｍのペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末と平均粒径が０．１〜５μｍのガラス粉末とを含有し、且つ前記ガラス粉末の配合量を３重量％〜１２重量％にしたもの（特許文献３参照）等が提案されているが、更なる低温焼成化が可能で、且つ誘電率の高い材料の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２０２０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３３６８号公報
【特許文献３】特開２００６−２６５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、従来よりも更に低温焼成可能で、且つ高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料とすることができる誘電体セラミック形成用組成物及びそれを用いた誘電体セラミック材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末に、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｉ、アルカリ金属及びアルカリ土類金属を特定の割合で含むガラス粉末を特定量配合したものが、６５０℃〜９００℃程度の低温でも容易に焼結し、また、このような低温で焼結したものであっても高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料になることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明に係る誘電体セラミック形成用組成物は、ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末と、酸化物換算で３５重量％〜９０重量％のＢｉ2Ｏ3、２．５重量％〜２０重量％のＺｎＯ、１重量％〜２０重量％のＢ2Ｏ3、０．５重量％〜１５重量％のＳｉＯ2、０．５重量％〜１５重量％のアルカリ金属酸化物及び０．１重量％〜３５重量％のアルカリ土類金属酸化物を含有するガラス粉末とを含む誘電体セラミック形成用組成物であって、該ガラス粉末が、該誘電体セラミック形成用組成物に対して１重量％〜１５重量％配合されていることを特徴とする。
本発明に係る誘電体セラミック材料は、上記した誘電体セラミック形成用組成物を焼成して得られるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による誘電体セラミック形成用組成物は、従来よりも低温で焼結を行っても、高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料を得ることができる。得られた誘電体セラミック材料は、例えば、薄層セラミックコンデンサの誘電体材料として用いることができるだけでなく、プリント配線板や多層プリント配線板、電極セラミック回路基板、ガラスセラミック回路基板、回路周辺材料、無機ＥＬ、プラズマディスプレイ等の電子部品の誘電体材料としても好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
本発明の誘電体セラミック形成用組成物に用いられるペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末としては、Ａサイト元素が、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる金属元素の少なくとも１種であり、且つＢサイト元素が、Ｔｉ及びＺｒからなる群から選ばれる少なくとも１種であるものが、高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料を得る点で好ましい。このような好ましいペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミックとしては、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタンジルコン酸バリウムカルシウム、チタンジルコン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウムカルシウム、ジルコン酸バリウムストロンチウム及びジルコン酸カルシウムストロンチウムが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、低温焼成でより高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料を得るという点で、チタン酸バリウムを用いることが最も好ましい。
また、ペロブスカイト系セラミック原料粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜２μｍであり、より好ましくは０．２μｍ〜１．５μｍである。ペロブスカイト系セラミック原料粉末の平均粒径が当該範囲にあると、粒子本来の電気的特性、焼結諸特性、ハンドリング特性が良好であるので好ましい。なお、本発明におけるペロブスカイト系セラミック原料粉末の平均粒径は、レーザー回折法による体積分布計測におけるＤ５０粒径により求めた値である。
また、ペロブスカイト系セラミック原料粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは１．０ｍ2／ｇ以上であり、より好ましくは１．０ｍ2／ｇ〜１０ｍ2／ｇである。ＢＥＴ比表面積が当該範囲にあると、焼結性及びハンドリング性が良好となり、安定した品質の誘電体セラミック材料が得られるので好ましい。
本発明では、平均粒径やＢＥＴ比表面積等の物性の異なる２種以上のペロブスカイト系セラミック原料粉末を用いてもよい。
ペロブスカイト系セラミック原料粉末の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、共沈法、加水分解法、水熱合成法、常圧加熱反応法等の湿式法、或いは固相法が挙げられる。また、市販のペロブスカイト系セラミック原料粉末を用いてもよい。
【００１０】
本発明の誘電体セラミック形成用組成物で用いられるガラス粉末は、その組成に一つの特徴がある。
即ち、ガラス粉末の組成は、酸化物換算で３５重量％〜９０重量％、好ましくは４０重量％〜８０重量％のＢｉ2Ｏ3、２．５重量％〜２０重量％、好ましくは５重量％〜１０重量％のＺｎＯ、１重量％〜２０重量％、好ましくは５重量％〜１５重量％のＢ2Ｏ3、０．５重量％〜１５重量％、好ましくは１重量％〜１０重量％のＳｉＯ2、０．５重量％〜１５重量％、好ましくは１重量％〜１２重量％のＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選ばれる１種以上のアルカリ金属の酸化物、並びに０．１重量％〜３５重量％、好ましくは３重量％〜２５重量％のＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる１種以上のアルカリ土類金属の酸化物である。このような範囲の組成を有するガラス粉末をペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末に添加及び混合することにより、低温、特に７００℃程度であっても焼成可能であり、且つ高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料とすることができる。
更に、本発明において、上記したガラス粉末が、酸化物換算で０．１重量％〜５重量％、好ましくは０．２重量％〜２重量％のＣｕＯを更に含有するものであると、より低温焼成可能で、且つ高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料とすることができる。
【００１１】
本発明におけるガラス粉末は、上記した成分の他に、本発明の効果を損なわない程度の少量成分を含んでいても良い。このようなガラス粉末の成分としては、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｅ、Ｔｅ及び希土類元素等の元素からなる酸化物を挙げることができる。
【００１２】
また、本発明におけるガラス粉末は、Ｐｂ及びＣｄの酸化物を使用しないことも特徴の一つである。これは言うまでもなく、Ｐｂ及びＣｄの毒性、有害性を考慮したものである。しかし、低温焼成可能で、且つ高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料を提供するという本発明の目的を鑑みると、Ｐｂ及びＣｄの酸化物を使用することに何ら優位性はなく、前記したガラス粉末を使用することに本発明の優位性がある。
【００１３】
上記したガラス粉末の配合量は、目的とする誘電体セラミック形成用組成物の量に対して１重量％〜１５重量％であり、好ましくは２重量％〜１０重量％である。ガラス粉末の配合量が１重量％未満では、十分な焼結性が得られなくなり、一方、１５重量％を超えると、ガラス過多による電気特性劣化が顕著となるからである。
【００１４】
本発明において、上記した組成を有するガラス粉末を調製するため、組成の異なる２種以上のガラス粉末の混合物を用いてもよい。例えば、Ｂｉ2Ｏ3及びＺｎＯを成分として含有する第１のガラス粉末と、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、アルカリ金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物を成分として含有とする第２のガラス粉末との混合物を用いることができる。
【００１５】
Ｂｉ2Ｏ3及びＺｎＯを成分として含有する第１のガラス粉末と、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、アルカリ金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物を成分として含有する第２のガラス粉末との混合物の好ましい実施形態についてより詳細に説明する。
第１のガラス粉末は、Ｂｉ2Ｏ3及びＺｎＯを成分として含有するものであり、比誘電率阻害がより少ないという点で、酸化物換算で、好ましくは７０重量％〜９５重量％、より好ましくは７５重量％〜９０重量％のＢｉ2Ｏ3及び好ましくは２．５重量％〜２０重量％、より好ましくは５重量％〜１５重量％のＺｎＯを含む。
第１のガラス粉末は、Ｂｉ2Ｏ3及びＺｎＯ以外の成分として、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、Ｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、炭素、ＣｕＯ等を含んでもよい。特に、ＣｕＯを含有する第１のガラス粉末を用いると、７００℃程度の低温であっても焼結を行うことができ、得られる誘電体セラミック材料の比誘電率が高いので好ましい。
【００１６】
第１のガラス粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍであり、より好ましくは０．２μｍ〜６．５μｍである。第１のガラス粉末の平均粒径が当該範囲にあると、誘電体粉末との均質混合、成形性、焼結性が向上するので好ましい。なお、本発明における第１のガラス粉末の平均粒径は、レーザー回折法による体積分布計測におけるＤ５０粒径により求めた値である。
また、第１のガラス粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは０．２ｍ2／ｇ〜２０ｍ2／ｇであり、より好ましくは０．２ｍ2／ｇ〜１５ｍ2／ｇである。第１のガラス粉末のＢＥＴ比表面積が当該範囲にあると、誘電体粉末との均質混合、成形性、焼結性が向上するので好ましい。
また、より低温からの焼結性向上という点で、第１のガラス粉末のガラス転移温度は、好ましくは４５０℃以下、より好ましくは３００℃〜４００℃であり、ガラス軟化温度は、好ましくは５００℃以下、より好ましくは３５０℃〜４５０℃である。
【００１７】
第２のガラス粉末は、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、アルカリ金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物を成分として含有するものであり、焼成時の体積収縮性がより優れるという点で、好ましくは１０重量％〜３０重量％、より好ましくは１５重量％〜２７重量％のＢ2Ｏ3、好ましくは５重量％〜２５重量％、より好ましくは１０重量％〜２０重量％のＳｉＯ2、好ましくは１０重量％〜３０重量％、より好ましくは１５重量％〜２５重量％のＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選ばれる１種以上のアルカリ金属の酸化物並びに好ましくは３０重量％〜５０重量％、より好ましくは３５重量％〜４５重量％のＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選ばれる１種以上のアルカリ土類金属の酸化物を含む。
中でも、第２のガラス粉末としては、ガラス粉末としての安定作製という点で、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＢａＯ及びＣａＯを成分として含有するものが好ましく、１５％〜２５重量％のＢ2Ｏ3、１０重量％〜２０重量％のＳｉＯ2、１５重量％〜２５重量％のＬｉ2Ｏ、１５重量％〜２５重量％のＢａＯ及び１５重量％〜２５重量％のＣａＯを含有するものがより好ましい。
第２のガラス粉末は、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、アルカリ金属の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物以外の成分として、Ａｌ2Ｏ3等を含んでもよい。
【００１８】
第２のガラス粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜１０μｍであり、より好ましくは０．２μｍ〜２μｍである。第２のガラス粉末の平均粒径が当該範囲にあると、誘電体粉末との均質混合、成形性、焼結性が向上するので好ましい。なお、本発明における第２のガラス粉末の平均粒径は、レーザー回折法による体積分布計測におけるＤ５０粒径により求めた値である。
また、第２のガラス粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは１ｍ2／ｇ〜５０ｍ2／ｇであり、より好ましくは２ｍ2／ｇ〜２０ｍ2／ｇである。第２のガラス粉末のＢＥＴ比表面積が当該範囲にあると、誘電体粉末との均質混合、成形性、焼結性が向上するので好ましい。
また、より低温からの焼結性向上という点で、第２のガラス粉末のガラス転移温度は、好ましくは４５０℃以下、より好ましくは３００℃〜４００℃であり、ガラス軟化温度は、好ましくは５００℃以下、より好ましくは３５０℃〜４５０℃である。
【００１９】
第１のガラス粉末と第２のガラス粉末との重量比は、好ましくは２０：１〜１：１の範囲であり、より好ましくは１０：１〜１：１の範囲である。第２のガラス粉末が多過ぎると、電気特性の劣化が顕著になる傾向があり、第２のガラス粉末が少な過ぎると、焼結性が極端に悪化する傾向があるため、いずれも好ましくない。
【００２０】
上記したような第１のガラス粉末、第２のガラス粉末等のガラス粉末は、市販品を用いることができる。
【００２１】
また、本発明の誘電体セラミック形成用組成物は、ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末及びガラス粉末以外に、電気特性及び温度特性を補正する目的で、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる希土類元素、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも１種の副成分元素を含有する副成分元素含有化合物粉末を含有させることができる。副成分元素含有化合物としては、副成分元素を含む酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、カルボン酸塩、アンモニウム塩及び有機酸塩等が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、温度特性の平坦化及び誘電損失の低減化という点で、Ｎｄ（ＯＨ）3、Ｎｄ2Ｏ3等のＮｄ含有化合物、Ｐｒ（ＯＨ）3、Ｐｒ6Ｏ11等のＰｒ含有化合物、Ｌａ（ＯＨ）3、Ｌａ2Ｏ3等のＬａ含有化合物、Ｓｍ（ＯＨ）3、Ｓｍ2Ｏ3等のＳｍ含有化合物、Ｅｕ（ＯＨ）3、Ｅｕ2Ｏ3等のＥｕ含有化合物等が好ましい。
【００２２】
副成分元素含有化合物粉末の平均粒径は、好ましくは０．０１μｍ〜５μｍであり、より好ましくは０．０２μｍ〜３μｍである。副成分元素含有化合物粉末の平均粒径が当該範囲にあると、誘電体粉末及びガラス粉末との均質配合性向上、焼結性向上が図れるので好ましい。なお、本発明における副成分元素含有化合物粉末の平均粒径は、レーザー回折法による体積分布計測におけるＤ５０粒径により求めた値である。
また、副成分元素含有化合物粉末のＢＥＴ比表面積は、好ましくは２ｍ2／ｇ〜２００ｍ2／ｇであり、より好ましくは２ｍ2／ｇ〜１００ｍ2／ｇである。副成分元素含有化合物粉末のＢＥＴ比表面積が当該範囲にあると、誘電体粉末及びガラス粉末の均質配合性向上、焼結性向上が図れるので好ましい。
【００２３】
上記した副成分元素含有化合物粉末の配合量は、使用するペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末をモル換算した量に対して、副成分元素として、好ましくは０．１モル％〜５モル％であり、より好ましくは１モル％〜３モル％である。副成分元素含有化合物粉末の配合量が当該範囲にあると、焼結性と電気特性とのバランスが良好な焼結用組成が得られるので好ましい。なお、この場合、実際に使用するペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末量は、配合する副成分元素含有化合物粉末量と合わせて１００モル％となるように調整する。
【００２４】
本発明の誘電体セラミック形成用組成物は、ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末、ガラス粉末及び必要に応じて用いられる副成分元素含有化合物粉末が所望の配合割合となるように混合され、調製される。混合方法は、特に限定されるものではなく、湿式法、乾式法等が挙げられる。
湿式法には、ボールミル、ビーズミル、ディスパーミル、ホモジナイザー、振動ミル、サンドグラインドミル、アトライター、強力撹拌機等の公知の装置を用いることができる。また、乾式法には、ハイスピードミキサー、スーパーミキサー、ターボスフェアミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、リボンブレンダー等の公知の装置を用いることができる。
より均一な混合物とし、より高い誘電率を有する誘電体セラミック材料を得るという点で、本発明の誘電体セラミック形成用組成物は湿式法により調製することが好ましい。湿式混合に用いる溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、塩化メチレン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、ジエチルエーテル等が挙げられる。これらの中でも、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコールを用いると、組成変化が少ないものが得られるので、得られる誘電体セラミック材料の誘電率をより向上させることができる。
【００２５】
本発明の誘電体セラミック材料は、上記した誘電体セラミック形成用組成物を焼成して得られるものである。焼成温度は、誘電体セラミック形成用組成物が焼結できる温度であれば特に制限されるものではないが、本発明の利点を考えれば、１０００℃以下、好ましくは６５０℃〜９７０℃、より好ましくは７００℃〜９５０℃である。焼成時間は、通常、１時間以上であり、好ましくは１時間〜２時間である。焼成は、大気雰囲気中、酸素雰囲気中又は不活性雰囲気中のいずれで行ってもよく、特に制限されるものではない。また、焼成は、必要に応じて複数回行ってもよい。
【００２６】
本発明の誘電体セラミック材料は、上記した誘電体セラミック形成用組成物をバインダー樹脂と混合し、造粒した後、当該造粒物をハンドプレス、打錠機、ブリケットマシン、ローラコンパクター等を用いて加圧成形し、当該成形品を焼成して得られるものであってもよい。また、本発明の誘電体セラミック材料は、上記した誘電体セラミック形成用組成物に、当該技術分野で公知の樹脂、溶剤、必要により可塑剤、分散剤等を配合してスラリー（或いはペースト）とし、当該スラリー（或いはペースト）を所望の基材上に塗布した後、乾燥し、焼成して得られるものであってもよい。
【００２７】
その一例として、例えば、グリーンシート法により調製する方法について説明する。本発明の誘電体セラミック形成用組成物に、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等の樹脂、ターピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸−ｎ−ブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、乳酸−ｎ−ブチル、メチルセロソルブアアセテート、エチルセロソルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチル−３−エトキシプロピオネート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオールモノイソブチレート、トルエン、キシレン、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、ブタノール、ｎ−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、シクロヘキサノール、ジアセトンアルコール、ジエチルケトン、メチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ヘキサノン等の溶剤、必要によりフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジカプリル等の可塑剤、必要により界面活性剤等の分散剤を加えてスラリーとする。このスラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、アラミド、カプトン、ポリメチルペンテン等の基材上にドクターブレード法等の方法によってシート状に成形し、これを乾燥して溶剤を除去しグリーンシートを得る。このグリーンシートを１０００℃以下、好ましくは６５０℃〜９００℃、より好ましくは７５０℃〜８８０℃で焼成することで、薄い板状の誘電体セラミック材料が得られる。基材は、プラスチック基材に限らず、金属箔、プラズマディスプレイパネルに用いられるガラス板等であってもよい。
【００２８】
本発明の誘電体セラミック材料は、１０００℃以下、好ましくは６５０℃〜９７０℃、より好ましくは７００℃〜９５０℃という低温で焼結を行ったものであるにも関わらず、周波数１ｋＨｚにおいて好ましくは５００以上、さらに好ましくは９００以上、より好ましくは１０００以上、最も好ましくは２０００以上の高い比誘電率を有し、また、周波数１ｋＨｚにおいて好ましくは５％以下、より好ましくは３．５％以下、最も好ましくは２．５％以下の低い誘電損失を有することから、例えば、薄層セラミックコンデンサの誘電体材料として用いることができるだけでなく、プリント配線板や多層プリント配線板、電極セラミック回路基板、ガラスセラミックス回路基板、回路周辺材料、無機ＥＬ、プラズマディスプレイ等の電子部品の誘電体材料としても好適に用いることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜ペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末試料＞
シュウ酸塩法により調製された表１に示す物性を有する市販のチタン酸バリウムをペロブスカイト（ＡＢＯ3）系セラミック原料粉末として使用した。【００３０】
【表１】
2011046205.tif 000002
【００３１】
＜ガラス粉末試料＞
表２及び表３に示す物性を有する市販のガラス粉末を第１のガラス粉末及び第２のガラス粉末として使用した。また、第１のガラス粉末及び第２のガラス粉末を所定の重量比で混合したものの組成を表４に示す。【００３２】
【表２】
2011046205.tif 000003
【００３３】
【表３】
2011046205.tif 000004
【００３４】
【表４】
2011046205.tif 000005
【００３５】
＜副成分元素含有化合物の試料）
市販の表５に示す物性を有する化合物を副成分元素含有化合物として使用した。【００３６】
【表５】
2011046205.tif 000006
【００３７】
〔実施例１〜２１及び比較例１〜４〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末及びガラス粉末を表６に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表６に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００３８】
【表６】
2011046205.tif 000007
【００３９】
＜特性評価＞
得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率及び誘電損失をそれぞれ評価した。評価結果を表７に示す。
（１）焼結密度の評価
誘電体セラミック試料の重量、厚み及び直径を計測し、これらの値から焼結密度を求めた。
（２）体積収縮率の評価
ディスク状の成形体の厚み及び直径を計測して求めた焼成前体積と、誘電体セラミック試料の厚み及び直径を計測して求めた焼成後体積とから、体積収縮率（％）＝（焼成前体積−焼成後体積）／焼成前体積×１００を求めた。
（３）電気特性（比誘電率及び誘電損失）の評価
誘電体セラミック試料の両面に、蒸着法にて厚さ２０ｎｍの白金膜を電極として形成した後、ＬＣＲメーター（アジレントテクノロジー株式会社製  ４２８４Ａ）にて、周波数１ｋＨｚ、印加電圧１Ｖにおける比誘電率及び誘電損失の計測を行った。また、温度特性を評価する場合は、恒温槽を用いて、−５５℃から１５０℃の範囲において５℃刻みで比誘電率及び誘電損失を計測し、基準温度（２５℃）における比誘電率を基準値として、各測定温度における比誘電率の変化割合（変化率）を下記の式で求めた。
測定温度における比誘電率の変化割合（変化率）＝［（測定温度の比誘電率）−（基準温度の比誘電率）］／（基準温度の比誘電率）×１００
求めた変化率から、温度特性を以下の規格に従って評価した。
Ｘ７Ｒ：−５５℃〜１２５℃の温度範囲において、全ての変化率が−１５％〜１５％以内
Ｘ８Ｒ：−５５℃〜１５０℃の温度範囲において、全ての変化率が−１５％〜１５％以内【００４０】
【表７】
2011046205.tif 000008
【００４１】
〔実施例２２〜４９及び比較例５〜６〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末及びガラス粉末を表８に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表８に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００４２】
【表８】
2011046205.tif 000009
【００４３】
＜特性評価＞
実施例１〜２１と同様にして、得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率及び誘電損失を求めた。結果を表９に示す。【００４４】
【表９】
2011046205.tif 000010
【００４５】
〔実施例５０〜８７〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末及びガラス粉末を表１０に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表１０に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００４６】
【表１０】
2011046205.tif 000011
【００４７】
＜特性評価＞
実施例１〜２１と同様にして、得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率及び誘電損失を求めた。結果を表１１に示す。【００４８】
【表１１】
2011046205.tif 000012
【００４９】
〔実施例８８〜９４〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末及びガラス粉末を表１２に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表１２に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００５０】
【表１２】
2011046205.tif 000013
【００５１】
＜特性評価＞
実施例１〜２１と同様にして、得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率及び誘電損失を求めた。結果を表１３に示す。【００５２】
【表１３】
2011046205.tif 000014
【００５３】
〔実施例９５〜１２１〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末、ガラス粉末及び副成分元素含有化合物（Ｎｄ（ＯＨ）3）粉末を表１４に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表１４に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００５４】
【表１４】
2011046205.tif 000015
【００５５】
＜特性評価＞
実施例１〜２１と同様にして、得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率、誘電損失及び温度特性を求めた。結果を表１５に示す。【００５６】
【表１５】
2011046205.tif 000016
【００５７】
〔実施例１２２〜１６３〕
容量７００ｍｌのナイロン製ポットに、１１５０ｇのＺｒＯ2ボール（直径５ｍｍ）と、セラミック原料粉末、ガラス粉末及び副成分元素含有化合物粉末を表１６に示す配合割合となるように合計６０ｇを仕込み、次いで９５ｇのエタノールを仕込んだ。ポットミルの回転数を８０ｒｐｍとして２時間運転し、スラリーを得た後、スラリーからＺｒＯ2ボールを分離し、次いで、全量のスラリーを乾燥して、誘電体セラミック形成用試料を得た。
得られた誘電体セラミック形成用試料１０ｇを秤量し、ポリビニルアセタール樹脂の５重量％溶液（トルエン：ｎ−ブタノール＝６：４混合溶媒）を１．３ｇ添加し、乳鉢中で十分に混合し造粒物を得た。得られた造粒物を目開き１５０μｍのナイロン製篩いにて裏ごしした後、８０℃で１時間乾燥し、乾燥品を得た。
次いで、得られた乾燥品を１１．５ｍｍφの超硬製金型を用いて４７０ＭＰａの圧力にて一軸加圧成形を行い、ディスク状の成形体を得た。
最後に、得られたディスク状の成形体を、大気雰囲気中で、表１６に示す焼成温度まで毎時２００°で昇温し、そのまま２時間保持した後、冷却して誘電体セラミック試料を得た。【００５８】
【表１６】
2011046205.tif 000017
【００５９】
＜特性評価＞
実施例１〜２１と同様にして、得られた誘電体セラミック試料について、焼結密度、体積収縮率、比誘電率、誘電損失及び温度特性を求めた。結果を表１７に示す。【００６０】
【表１７】
2011046205.tif 000018
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明による誘電体セラミック形成用組成物は、従来よりも低温で焼結を行っても、高い比誘電率を有する誘電体セラミック材料を得ることができるため、得られた誘電体セラミック材料は、薄層セラミックコンデンサの誘電体材料として用いる他に、プリント配線板や多層プリント配線板、電極セラミック回路基板、ガラスセラミック回路基板、回路周辺材料、無機ＥＬ、プラズマディスプレイ等の電子部品の誘電体材料としても好適に用いることができる。
【国際調査報告】
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